多屬性注模噴嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供注模噴嘴，其具有改進(jìn)的熱傳遞、耐磨性和從歧管到模子的熔體傳遞中的任何一種或多種?？赏ㄟ^(guò)對(duì)多種材料進(jìn)行整體分層形成整體、單片并且無(wú)縫結(jié)構(gòu)的多屬性噴嘴來(lái)改進(jìn)噴嘴的操作和耐用性。例如，在噴嘴外殼內(nèi)通過(guò)對(duì)某些材料進(jìn)行整體分層來(lái)改進(jìn)噴嘴的熱傳遞屬性，以使得熱量穿過(guò)所述噴嘴的消散或傳遞更有效以維持和促進(jìn)熔體流動(dòng)?？珊喜⒉⑶乙虼藷o(wú)縫地形成所述噴嘴的一個(gè)或多個(gè)部件，以便通過(guò)減少會(huì)引起熔體擱置在噴嘴內(nèi)的接頭并且伴隨地減少制造和組裝時(shí)間來(lái)改進(jìn)熔體流動(dòng)。用于整體形成噴嘴中的一些或所有部分的工藝還可用于在其中形成復(fù)雜的幾何構(gòu)造。
【專利說(shuō)明】多屬性注模噴嘴 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明大體上涉及注模機(jī)領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及多屬性注模噴嘴。 技術(shù)背景
[0002] 注模機(jī)噴嘴幫助在高溫和高壓下反復(fù)將熔融塑料從熱歧管遞送到模子中，以便形 成各種構(gòu)造的模塑零件。 發(fā)明概要
[0003] 在一方面，提供一種注模噴嘴組件，其包括：第一噴嘴部件；具有第一特征的第一 材料，其中所述第一材料形成所述第一噴嘴部件的第一部分；以及具有第二特征的第二材 料，其中所述第二材料形成所述第一噴嘴部件的第二部分，其中所述第一材料和所述第二 材料整體融合在一起以便形成整體結(jié)構(gòu)。
[0004] 在一些實(shí)施方案中，所述第一部件為噴嘴尖并且所述第一材料形成所述噴嘴尖的 第一部分并且所述第二材料形成所述噴嘴尖的第二部分。
[0005] 在一些實(shí)施方案中，所述噴嘴尖從所述噴嘴尖的內(nèi)表面向所述噴嘴尖的外表面熱 分級(jí)。
[0006] 在一些實(shí)施方案中，所述噴嘴尖具有內(nèi)部分和外部分，所述外部分圍繞所述內(nèi)部 分，并且所述外部分具有比所述內(nèi)部分大的熱導(dǎo)率。
[0007] 在一些實(shí)施方案中，所述注模噴嘴組件進(jìn)一步包括第二部件，所述第二部件為噴 嘴外殼、噴嘴體、噴嘴尖、密封構(gòu)件以及尖端隔熱體中的一種，其中所述第二部件和所述第 一部件整體融合在一起以便形成整體結(jié)構(gòu)。
[0008] 在一些實(shí)施方案中，所述第一部件為部分限定熔體通道的噴嘴體，并且所述第一 材料為設(shè)置于所述熔體通道外圍的耐磨材料，并且所述第二材料為從所述第一材料徑向向 外設(shè)置的導(dǎo)熱性材料，所述第二材料比所述第一材料的導(dǎo)熱性高。
[0009] 在一些實(shí)施方案中，注模噴嘴組件進(jìn)一步包括作為噴嘴尖的第二部件，其中所述 噴嘴體和所述噴嘴尖整體融合在一起以形成整體結(jié)構(gòu)。
[0010] 在一些實(shí)施方案中，注模噴嘴組件進(jìn)一步包括作為密封構(gòu)件的第三部件，其中所 述噴嘴體、所述噴嘴尖以及所述密封構(gòu)件整體融合在一起以形成整體結(jié)構(gòu)。
[0011] 在另一方面，提供一種注模噴嘴，其包括：噴嘴體；以及噴嘴尖和密封構(gòu)件中的至 少一種，其中所述噴嘴體以及噴嘴尖和密封構(gòu)件中的所述至少一種整體融合以形成整體結(jié) 構(gòu)。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述噴嘴體、噴嘴尖以及所述密封構(gòu)件中的至少一種是使用 具有第一特征的第一材料和具有第二特征的第二材料制造。
[0013] 在一些實(shí)施方案中，所述第一材料為比所述第二材料強(qiáng)的高強(qiáng)度材料。
[0014] 在一些實(shí)施方案中，所述第二材料為比所述第一材料的導(dǎo)熱性高的導(dǎo)熱性材料。
[0015] 在一些實(shí)施方案中，所述注模噴嘴進(jìn)一步包括第三材料，所述第三材料具有第三 特征，其中所述第一材料、所述第二材料和所述第三材料整體融合在一起以便形成所述噴 嘴體、噴嘴尖以及所述密封構(gòu)件中的至少一種。
[0016] 在一些實(shí)施方案中，所述第三材料選自下組：低成本材料、耐磨材料以及疲勞強(qiáng)度 材料。
[0017] 在一些實(shí)施方案中，所述第三材料為耐磨材料并且設(shè)置于所述噴嘴尖的遠(yuǎn)端附 近。
[0018] 在一些實(shí)施方案中，注模噴嘴組件進(jìn)一步包括熔體流動(dòng)通道裝置，所述熔體流動(dòng) 通道裝置整體形成在至少所述噴嘴體內(nèi)。
[0019] 在一些實(shí)施方案中，所述熔體流動(dòng)通道裝置為混合器。
[0020] 在一些實(shí)施方案中，所述噴嘴尖、所述噴嘴體和所述密封環(huán)整體融合在一起，以形 成整體結(jié)構(gòu)。
[0021] 在另一方面，提供一種注模噴嘴組件，其包括：多個(gè)噴嘴部件；其中所述多個(gè)噴嘴 部件中的至少兩個(gè)由不同材料制成并且其中所述至少兩個(gè)噴嘴部件整體融合以便形成整 體結(jié)構(gòu)。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述多個(gè)噴嘴部件中的兩個(gè)為共同限定熔體入口、熔體出口 以及從熔體入口延伸至所述熔體出口的熔體通道的噴嘴體和噴嘴尖，其中所述噴嘴體或所 述噴嘴尖由高強(qiáng)度材料、導(dǎo)熱性材料以及耐疲勞材料中的至少兩種構(gòu)成。
[0023] 在一些實(shí)施方案中，所述噴嘴體至少由高強(qiáng)度材料和導(dǎo)熱性材料構(gòu)成。
[0024] 在一些實(shí)施方案中，所述導(dǎo)熱性材料比所述高強(qiáng)度材料的耐用性低。
[0025] 在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)熱性材料設(shè)置于所述噴嘴尖內(nèi)，以便維持排出所述熔體出 口的熔體的溫度。
[0026] 在另一方面，提供一種制造注模噴嘴的方法，其包括：確定注模噴嘴的所需強(qiáng)度特 征；確定注模噴嘴的所需導(dǎo)熱率特征；選擇多種材料來(lái)達(dá)成所需強(qiáng)度特征和所需導(dǎo)熱性特 征；以及根據(jù)所需強(qiáng)度特征和所需導(dǎo)熱率特征將注模噴嘴形成為由所述多種材料構(gòu)成的整 體融合的整體結(jié)構(gòu)。
[0027] 在所述方法的一些實(shí)施方案中，所述多種材料包括高強(qiáng)度材料、導(dǎo)熱性材料以及 隔熱材料中的至少兩種。
[0028] 在所述方法的一些實(shí)施方案中，所述注模噴嘴包括熔體通道并且其中所述注模噴 嘴至少由高強(qiáng)度材料和導(dǎo)熱性材料構(gòu)成，其中所述高強(qiáng)度材料位于所述熔體通道附近。
[0029] 在所述方法的一些實(shí)施方案中，導(dǎo)熱性材料設(shè)置于所述高強(qiáng)度材料附近并且設(shè)置 于所述注模噴嘴的熔體出口處。
[0030] 在所述方法的一些實(shí)施方案中，所述注模噴嘴包括密封構(gòu)件并且隔熱材料形成所 述密封構(gòu)件的至少一部分。
[0031] 附圖簡(jiǎn)述
[0032] 出于說(shuō)明本發(fā)明的目的，附圖顯示本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的方面。然而，應(yīng) 理解本發(fā)明不限于附圖中示出的確切布置和手段。
[0033] 圖1為包括噴嘴的現(xiàn)有技術(shù)注模機(jī)的一部分的透視圖；
[0034] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的注模噴嘴的透視圖；
[0035] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的注模噴嘴的透視圖；
[0036] 圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的注模噴嘴的一部分的透視圖；
[0037] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案的注模噴嘴的一部分的透視圖；
[0038] 圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的具有示例性的內(nèi)部復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的注模噴 嘴的透視圖；并且
[0039] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的形成注模噴嘴的方法的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0040] 理想地，注模噴嘴在整個(gè)噴嘴的長(zhǎng)度上維持熔融塑料的溫度，提供熔融塑料連續(xù) 流動(dòng)到模子的通道，并且對(duì)于很多塑料產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，在必要時(shí)，將熔體一致地遞送到模子以使 得在模塑零件表面上幾乎不存在痕跡。因?yàn)閲娮煊啥鄠€(gè)分立部件制成，用以上提到的標(biāo)準(zhǔn) 一致地遞送是有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)檫@些部件可能磨損不一致，熱傳遞不同并且因此低效，并且 必須精確安裝在一起以便阻止通道內(nèi)在噴嘴部件之間的接點(diǎn)處的不連續(xù)流動(dòng)并且牢固地 安裝在注模機(jī)的其余部分內(nèi)。此外，一些模塑零件需要混合熔融塑料或者添加劑，其中在噴 嘴內(nèi)完成混合。使用目前的制造技術(shù)在噴嘴內(nèi)形成符合設(shè)計(jì)和性能要求的這些類型的復(fù)雜 幾何結(jié)構(gòu)（以及其它結(jié)構(gòu)）為復(fù)雜的或不可能的并且常常形成次最優(yōu)的噴嘴。
[0041] 根據(jù)本公開(kāi)的注模噴嘴除其它方面之外提供改進(jìn)的熱傳遞、耐磨性以及從歧管到 模子的熔體傳遞。如以下更詳細(xì)解釋的，可通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行整體分層來(lái)改進(jìn)所有或者噴嘴 的一部分的操作和耐用性，以便形成整體結(jié)構(gòu)的多屬性噴嘴。例如，可在噴嘴外殼內(nèi)通過(guò)對(duì) 材料進(jìn)行整體分層來(lái)改進(jìn)噴嘴的熱傳遞屬性，以使得熱穿過(guò)所述噴嘴的消散或傳遞可更有 效以維持和促進(jìn)熔體流動(dòng)。還可整體形成各種材料以改進(jìn)在噴嘴尖、噴嘴外殼或者噴嘴內(nèi) 的其它接觸點(diǎn)處的耐磨性。另外，可合并并且因此一致地形成噴嘴部件中的一個(gè)或多個(gè)，以 便通過(guò)減少會(huì)引起熔體擱置在噴嘴內(nèi)的接頭并且伴隨地減少制造和組裝時(shí)間來(lái)改進(jìn)熔體 流動(dòng)。用于整體形成噴嘴中的一些或所有部分的方法還可用于在噴嘴內(nèi)形成復(fù)雜的幾何構(gòu) 造。
[0042] 本公開(kāi)的注模噴嘴可通過(guò)將其與示例性熱流道系統(tǒng)（如圖1的熱流道系統(tǒng)10)內(nèi) 使用的現(xiàn)有技術(shù)注模噴嘴（如圖1所示和以下所討論的噴嘴部分24)進(jìn)行比較而得到最好 的理解。熱流道10包括熱流道歧管12,所述熱流道歧管12位于由歧管板16和背板18限 定的歧管腔14內(nèi)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，歧管12可移動(dòng)地固定于腔14中以在使用 熱流道10將一種或多種熔融材料（未顯示）注入到模子的一個(gè)或多個(gè)模腔（未顯示）內(nèi) 期間，適應(yīng)發(fā)生在歧管與其它部件（如歧管板16和背板18)之間的熱膨脹差異。
[0043] 熱流道10還包括將熔融材料從歧管12中的一個(gè)或多個(gè)通道12A間歇地遞送到模 子的噴嘴堆疊20。一般而言，噴嘴堆疊20可被認(rèn)為包括歧管部分22、噴嘴部分24、促動(dòng)器 部分26以及從所述促動(dòng)器部分延伸到所述噴嘴部分的閥桿28。在歧管相對(duì)于噴嘴堆疊的 歧管板16和噴嘴部分24熱膨脹和收縮時(shí)，噴嘴堆疊20的歧管部分22可與歧管12的其余 部分一起移動(dòng)。為了適應(yīng)相對(duì)移動(dòng)，使用彈簧裝置30使噴嘴部分24偏壓成與歧管部分22 滑動(dòng)接合，所述彈簧裝置30包括針對(duì)進(jìn)而安置在形成于歧管板16的噴嘴腔38內(nèi)的臺(tái)肩36 上的噴嘴定位器34做功的彈簧32。噴嘴部分24包括主噴嘴體40、與主噴嘴體螺紋接合的 噴嘴尖42以及圍繞所述主噴嘴體和所述噴嘴尖的一部分的加熱器套筒44。本領(lǐng)域技術(shù)人 員將容易了解，雖然示出單個(gè)噴嘴堆疊20,在圖1中示出的類型的典型注模裝置將具有多 于一個(gè)噴嘴堆疊。
[0044] 熱流道10進(jìn)一步包括形成模子的部分的腔板46。腔板46包括其中安裝有澆口嵌 件50的腔48。澆口嵌件50限定接受?chē)娮觳糠?4的部分的噴嘴腔52并且包括澆口孔54， 在注模操作期間熔融材料流動(dòng)通過(guò)所述澆口孔54。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，閥桿28具 有被配置來(lái)以非常緊密的配合接合澆口孔54的尖端56。如圖1所示，噴嘴腔52具有容納 加熱器套筒44和其它部件的相對(duì)較大直徑的第一部分52A和用于貼合地接納固定在噴嘴 尖42上的間隔環(huán)58的相對(duì)較小直徑的第二部分。
[0045] 歧管板16經(jīng)由多個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)裝置60與腔板46對(duì)齊，所述導(dǎo)向銷(xiāo)裝置60中的一個(gè) 示出在圖1中。每個(gè)導(dǎo)向銷(xiāo)裝置60包括貼合地接合在腔板46的孔64中的導(dǎo)向套管62、歧 管板16中的孔66以及貼合地接合在孔66和套管62中的導(dǎo)向銷(xiāo)68。在所示常規(guī)布置的情 況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易了解，當(dāng)閥桿28處于澆口關(guān)閉位置（未顯示）時(shí)噴嘴尖56在 澆口孔54中的對(duì)齊通過(guò)噴嘴定位器34和間隔環(huán)58以及導(dǎo)向銷(xiāo)裝置60的各種部件的精確 定位和噴嘴腔30的各種特征在歧管板16中的精確定位以及噴嘴腔52在澆口嵌件50中的 第二部分52B來(lái)有效地建立。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將容易理解，這些位置經(jīng)受精確公差并且 此類公差為從澆口孔54通過(guò)導(dǎo)向銷(xiāo)裝置60累加至歧管板16的噴嘴定位器34中。
[0046] 圖2示出用于在熱流道系統(tǒng)如熱流道系統(tǒng)10中使用的注模噴嘴100的示例性實(shí) 施方案。噴嘴100包括限定熔體通道108的噴嘴體104,所述熔體通道108從熔體入口 112 延伸到熔體出口 116。向著噴嘴體104遠(yuǎn)端為包括熔體出口 116的噴嘴尖120。噴嘴100 還包括設(shè)置于噴嘴尖120附近的密封構(gòu)件124。在使用噴嘴100期間，閥桿128可延伸通過(guò) 熔體出口 116并且在熔體通道108內(nèi)縱向行進(jìn)，從而打開(kāi)和關(guān)閉澆口孔54。
[0047] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，噴嘴體104和噴嘴尖120由多種材料132整體形成，其 中每一種材料132具有不同材料屬性以使得噴嘴體和/或噴嘴尖在功能上分級(jí)。容易看出 噴嘴100與圖1所示的噴嘴24之間的對(duì)比，因?yàn)閲娮?00不具有單獨(dú)制造的分立部件，這些 分立部件由本領(lǐng)域已知的方法（如噴嘴體40和噴嘴尖42之間的螺紋接合）或者經(jīng)由壓入 配合、冷縮配合、焊接、硬釬焊等來(lái)組裝。整體形成意指以這種方式將多種材料合并在一起 以便形成無(wú)縫整體單片結(jié)構(gòu)并且這與經(jīng)由本領(lǐng)域已知方法連接兩個(gè)或更多個(gè)分立噴嘴部 件的過(guò)程形成對(duì)比。用于整體形成部件的過(guò)程和方法在以下進(jìn)行更詳細(xì)地描述，但是通常 使用增材制造過(guò)程，例如在將第一層材料132添加到第二層材料或者另一種材料時(shí)，它們 固化在一起，例如在足以將兩個(gè)層融合在一起的能量存在下。噴嘴100的功能分級(jí)允許具 有優(yōu)化的材料屬性的多材料部件和/或減少形成噴嘴100所必須的制造步驟（壓入配合、 冷縮配合、焊接、硬釬焊等）的數(shù)目，因?yàn)樗霾考鐕娮祗w104、噴嘴尖120以及密封構(gòu)件 124形成在一起。
[0048] 在圖2的示例性噴嘴100中，噴嘴體104包括第一材料132A和第二材料132B，其 中所述第一材料比所述第二材料具有相對(duì)較高的強(qiáng)度并且所述第二材料比所述第一材料 具有相對(duì)較高的導(dǎo)熱率。如圖所示的，第一材料132A形成噴嘴體的大部分、噴嘴尖120的內(nèi) 部分以及密封構(gòu)件124。第二材料132B主要設(shè)置于噴嘴尖120內(nèi)，從第一材料132A徑向向 夕卜。在此示例性構(gòu)造中，來(lái)自在熔體出口 116之前結(jié)束的加熱器套筒如加熱器套筒44(也 在圖1中）的熱量可通過(guò)第二材料132B傳遞穿過(guò)噴嘴尖120的長(zhǎng)度。增加的熱傳遞有助 于維持熔體出口 116附近的溫度，同時(shí)納入第一材料132A還改進(jìn)噴嘴體104和噴嘴尖120 的耐磨性，由此延長(zhǎng)噴嘴100的使用壽命。
[0049] 圖3示出噴嘴200,它是由多種材料132構(gòu)成的噴嘴實(shí)施方案。噴嘴200包括限 定熔體通道208的噴嘴體204,所述熔體通道208從熔體入口 212延伸到熔體出口 216。向 著噴嘴體204遠(yuǎn)端為包括熔體出口 216的噴嘴尖220。從噴嘴尖220徑向向外為密封構(gòu)件 224。在此實(shí)施方案中，整體形成噴嘴體204、噴嘴尖220和密封構(gòu)件224以便形成在功能上 分級(jí)以將具有特定材料屬性的材料置于噴嘴200中的預(yù)定位置上的整體結(jié)構(gòu)。
[0050] 作為一個(gè)實(shí)例并且如圖3所示，噴嘴200包括六種不同材料132,即第一材料 132A、第二材料132B ;第三材料132C，它為疲勞強(qiáng)度材料132C ;第四材料132D，它為隔熱材 料；第五材料132E，它為相對(duì)較低成本的填充材料；以及第六材料132F，它為抗磨損性材 料。可以選擇和定位材料132的位置以便優(yōu)化噴嘴200的成本、功能以及耐用性。在噴嘴 200的示例性實(shí)施方案中，第一材料132A設(shè)置于從大致熔體入口 212至熔體出口 216的熔 體通道208的外圍處。在噴嘴體108頂部和噴嘴尖220附近為第二材料132B層。在噴嘴 體104和噴嘴220中包括第三材料132C，鄰近第二材料132B (此處設(shè)置第二材料）并且鄰 近第一材料132A(此處缺乏第二材料）。密封構(gòu)件224主要由第四材料132D構(gòu)成，其中一 些第一材料132A設(shè)置于接合澆口嵌件228的密封構(gòu)件的邊緣。第四材料132D也設(shè)置于鄰 近彈簧32的噴嘴體204的頂部附近?？稍趪娮?00的相對(duì)不重要部分如噴嘴體204的中 間部分232中包括第五材料132E。第六材料132F位于噴嘴體204的端面236上。
[0051] 噴嘴200的功能分級(jí)允許具有優(yōu)化的材料屬性的多材料部件和/或減少制造步驟 (壓入配合、焊接、硬釬焊等）的數(shù)目。例如，鄰近歧管部分22 (圖1)納入第六材料132F 減少在歧管部分和噴嘴200的交叉處的磨損并且因此延長(zhǎng)噴嘴的使用壽命。作為另一個(gè)實(shí) 例，納入第五材料132E減少制造噴嘴200的總體成本。在另一個(gè)實(shí)例中，沿著噴嘴200的 整個(gè)長(zhǎng)度使用第三材料132C通過(guò)在噴嘴的壽命期中提高它的耐疲勞性來(lái)提高噴嘴的耐用 性。盡管?chē)娮?00包括六種不同材料，但是它可包括更多或更少種材料并且可定位于替代 位置以便符合預(yù)定的噴嘴設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
[0052] 圖4示出另一種功能上分級(jí)的噴嘴（噴嘴300)的一部分。噴嘴300包括限定熔 體通道308的噴嘴體304,所述熔體通道308從熔體入口 312延伸到熔體出口 316。向著噴 嘴體304遠(yuǎn)端為包括熔體出口 316的噴嘴尖320。從噴嘴尖320徑向向外為密封構(gòu)件324。 在噴嘴尖320末端為在用塑料熔體填充對(duì)應(yīng)模子（未顯示）時(shí)通常與澆口嵌件332接合的 尖端328。與噴嘴200 -樣，噴嘴300具有整體形成以便成為整體結(jié)構(gòu)的噴嘴體304、噴嘴 尖320以及密封構(gòu)件324,所述整體結(jié)構(gòu)在功能上分級(jí)以將具有特定材料屬性的材料置于 噴嘴中的預(yù)定位置處。如圖4所示，噴嘴300包括三種材料132,即第一材料132A、第二材 料132B以及第四材料132D，它們與以上所述的具有某些策略上選擇的屬性/特征的對(duì)應(yīng) 材料相同。第一材料132A主要設(shè)置于噴嘴體304中，但是也包括在尖端328的表面上以便 阻止在澆口嵌件332與尖端328之間的接合點(diǎn)處的磨損。第二材料132B部分分布于噴嘴 體304中并且為噴嘴尖320的主要材料。第二材料132B還可包括在密封構(gòu)件324的上部 分中以確保從加熱套筒336到設(shè)置于熔體通道308中的熔體的均勻熱傳遞。大部分密封構(gòu) 件324由第四材料132D構(gòu)成，所述第四材料抵抗從熔體和熱套筒336到澆口嵌件332的熱 傳遞。噴嘴300中的材料132的構(gòu)造維持在熔體進(jìn)入熔體出口區(qū)域340并行進(jìn)到模子時(shí)從 熱套筒336到熔體的熱傳遞，從而減少在進(jìn)入模子之前的不希望的熔體冷卻的發(fā)生率。
[0053] 圖5描繪噴嘴400的一部分，所述噴嘴400包括整體形成的噴嘴體404、噴嘴尖408 以及密封構(gòu)件412。在此實(shí)施方案中，噴嘴400由五種不同材料132構(gòu)成，即如以上所述的 材料132A-E。在熔體通道416和熔體出口 420周?chē)鸀榈谝徊牧?32A，其限制由熔體在通道 出口和熔體出口內(nèi)行進(jìn)所引起的磨損。第一材料132A還設(shè)置于密封構(gòu)件412末端和尖端 424以便提供耐磨性，其中密封構(gòu)件接合澆口嵌件428。如圖5所示，第一材料132A僅設(shè)置 于其中存在與澆口模428的接觸的那些區(qū)域中以便使因熔體上第一材料的載熱能力減小 導(dǎo)致的作用最小化。第三材料132C設(shè)置于噴嘴體404中的第一材料132A與熱套筒432之 間并且通過(guò)提高其抵抗由重復(fù)使用引起的疲勞的能力來(lái)延長(zhǎng)噴嘴400的使用壽命。與以上 討論的噴嘴300 -樣，噴嘴400基本上在整個(gè)噴嘴尖408上包括第二材料132B以便促進(jìn)從 熱套筒432到熔體出口區(qū)域436 (鄰近熔體出口 420)的熱傳遞。密封構(gòu)件412由第四材料 132D和第五材料132E構(gòu)成，其中第四材料從第五材料徑向向內(nèi)。第四材料132D減少到密 封構(gòu)件的熱傳遞并因此幫助維持熔體區(qū)域436內(nèi)的熱量。
[0054] 在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，提供至少部分為粉末形式的材料132。例如并且參見(jiàn) 圖2,第一材料132A可至少部分為第一粉末狀金屬合金并且第二材料132B可至少部分為第 二粉末狀金屬合金。第一材料132A和第二材料132B可通過(guò)例如激光（如以下更詳細(xì)描述 的）來(lái)彼此融合，其中第一粉末狀金屬合金和第二粉末狀金屬合金在經(jīng)受用于將第一材料 與第二材料融合的激光存在時(shí)分別固化。
[0055] 如以上提到的，第一材料132A為比可用于形成以上所述噴嘴部件中的一個(gè)或多 個(gè)的一些其它材料具有相對(duì)較高強(qiáng)度的材料。示例性第一材料132A包括但不限于H13、 4140 以及 INCONEL? 718 鋼（INCONEL? 為 Special Metals Corporation, New Hartford, New York 的注冊(cè)商標(biāo)）。
[0056] 第二材料132B為比可用于形成以上所述噴嘴部件中的一個(gè)或多個(gè)的其它材料具 有相對(duì)較高導(dǎo)熱率的材料。會(huì)被視為第二材料132B的材料會(huì)具有大于約40的以WAm ·Κ) 表示的導(dǎo)熱率。示例性第二材料132Β包括但不限于鈹銅（BeCT3)和鈹銅（BeCU25)。
[0057] 第三材料132C為比可用于形成以上所述噴嘴部件中的一個(gè)或多個(gè)的一些其它 材料具有相對(duì)較高疲勞強(qiáng)度的材料。示例性第三材料132C包括但不限于鐵基鋼合金，如 VASC0MAX? 鋼（VASC0MAX? 為 ATI Properties, Inc.，Albany, Oregon 的注冊(cè) 商標(biāo)）；以及馬氏體合金鋼，如AERMET?鋼（AERMET?為Carpenter Technology Corporation, Reading, Pennsylvania 的注冊(cè)商標(biāo)）。
[0058] 第四材料132D為比可用于形成以上所述噴嘴部件中的一個(gè)或多個(gè)的一些其它材 料具有相對(duì)較低導(dǎo)熱率的隔熱材料。會(huì)被視為第四材料132D的材料會(huì)具有小于約20的導(dǎo) 熱率。示例性第四材料132D包括但不限于鈦和鈦合金。
[0059] 第五材料132Ε為當(dāng)與可用于形成以上所述噴嘴部件中的一個(gè)或多個(gè)的其它材料 相比時(shí)通常為低成本材料的填充材料。盡管很多材料可為填充材料,但示例性第五材料 132Ε包括但不限于大部分的任何鋼材。
[0060] 第六材料132F為比可用于形成以上所述噴嘴部件中的一個(gè)或多個(gè)的一些其它材 料具有相對(duì)較高抗磨損性的材料。示例性第六材料132F包括但不限于氮化合金D2或S7。
[0061] 可用于制造以上所述的任何噴嘴或噴嘴部件的方法通常被稱為"增材制 造 "(additive manufacturing)。在高水平下，增材制造使用噴嘴部件或噴嘴（例如分別為 圖2至圖5的噴嘴100、200、300以及400中的任一種）的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)作為輸入并且由計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)構(gòu)建三維固體物體，即噴嘴。示例性增材制造方法包括但不限于粉末床法或者粉末流 法。粉末床法的實(shí)例包括但不限于直接金屬激光燒結(jié)（DMLS)法（有時(shí)也被稱為術(shù)語(yǔ)選擇 性激光燒結(jié)（SLS)法或者選擇性激光熔煉（SLM)法）和電子束熔煉（EBM)。粉末流法的實(shí) 例包括但不限于激光工程化凈成形（LENS)、直接金屬沉積（DMD)以及激光固結(jié)（IX)。
[0062] 盡管可使用其它增材制造法，如以上提到的那些方法，但是DMLS為證實(shí)產(chǎn)生具有 高精密度和細(xì)節(jié)分辨率、良好表面質(zhì)量和優(yōu)秀機(jī)械屬性的零件的方法。在一個(gè)典型的實(shí)施 方式中，DMLS方法將一個(gè)粉末狀金屬層融合到另一個(gè)粉末狀金屬層，例如融合多個(gè)第一材 料132A層或者融合第一材料132A層和第二材料132B層，以制造噴嘴。將金屬粉末暴露于 聚焦激光束，所述聚焦激光束通過(guò)局部熔化金屬粉末將金屬粉末融合到固體零件上。DMLS 方法涉及使用用于實(shí)施所述DMLS方法的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)。技術(shù)人員使用三維 CAD模型來(lái)適當(dāng)定位用于零件構(gòu)建的幾何結(jié)構(gòu)并且在適當(dāng)時(shí)添加支撐結(jié)構(gòu)。一旦完成構(gòu)建 文件，就將構(gòu)建文件分割成層厚度。然后程序控制機(jī)器來(lái)構(gòu)建設(shè)計(jì)的零件。
[0063] DMLS方法使用高功率激光來(lái)將金屬粉末層融合在一起。在構(gòu)建室區(qū)域內(nèi)，存在材 料分發(fā)平臺(tái)和構(gòu)建平臺(tái)連同用于除去構(gòu)建平臺(tái)上的新粉末的重涂器刀片。所述技術(shù)通過(guò)局 部使用聚焦激光束熔化金屬粉末來(lái)將金屬粉末融合到固體零件中。通常使用20微米的層， 逐層疊加地構(gòu)建零件。此方法允許直接從三維CAD數(shù)據(jù)形成高度復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。
[0064] 尺寸、特征細(xì)節(jié)和表面光潔度方面以及Z軸的印刷貫穿誤差可為在使用DMLS方法 之前可考慮的因素。然而，通過(guò)在其中在鋪設(shè)材料時(shí)大部分特征構(gòu)建于X軸和Y軸的機(jī)器 中規(guī)劃所述構(gòu)建，可很好地管理特征公差。表面通常必須磨光以實(shí)現(xiàn)鏡面或極光滑的成品。 對(duì)于生產(chǎn)工具，可在使用之前解決完成的零件的材料密度。在此方法中，金屬支架結(jié)構(gòu)除去 和產(chǎn)生的零件的后處理為耗時(shí)過(guò)程并且可能需要使用具有相似水平的由DMLS過(guò)程提供的 精確度的EDM (電火花加工）和/或研磨機(jī)。
[0065] 在圖6中示出另一個(gè)示例性噴嘴，噴嘴500。噴嘴500包括噴嘴外殼504、與噴嘴 尖512整體形成的噴嘴體508、密封構(gòu)件516、尖端隔熱體520以及流銷(xiāo)524。在此實(shí)施方案 中，噴嘴500的所有部件彼此結(jié)合在一起，作為相同增材制造法的一部分。然而，如圖6所 示并且如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的，噴嘴500的一些部件為可分離的。例如，流銷(xiāo)524 能夠在噴嘴500內(nèi)縱向移動(dòng)并且如果需要置換可移去。噴嘴外殼504和尖端隔熱體520也 可為可分離的部件，從而便于置換或者接近噴嘴500的其它部件。
[0066] 噴嘴500也可具有整體形成的熔體流動(dòng)通道裝置528。如圖6所示，熔體流動(dòng)通道 裝置528設(shè)置于噴嘴體504內(nèi)。熔體流動(dòng)通道裝置528的一個(gè)實(shí)例為混合器。
[0067] 噴嘴500的部件各自可在功能上分級(jí)以滿足每個(gè)部件的設(shè)計(jì)要求。例如，噴嘴體 508可根據(jù)噴嘴100、200、300以及400的描述或其任何組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0068] 現(xiàn)在參照?qǐng)D7,示出用于制造注模噴嘴的示例性方法600。在步驟604中確定所需 強(qiáng)度特征。強(qiáng)度特征為對(duì)在噴嘴的某些位置處需要較高強(qiáng)度材料的情況的分析或描繪。例 如并且參照?qǐng)D2,噴嘴100的強(qiáng)度特征可為一種強(qiáng)度特征，其中大部分噴嘴體104和熔體通 道108的外圍為相對(duì)較高強(qiáng)度的材料，與密封構(gòu)件124 -樣。
[0069] 在步驟608中，確定注模噴嘴的所需導(dǎo)熱率特征。導(dǎo)熱率特征為對(duì)導(dǎo)熱性材料應(yīng) 置于噴嘴內(nèi)的情況的分析或描繪。例如并且參照?qǐng)D3,噴嘴200的導(dǎo)熱率特征應(yīng)為一種導(dǎo)熱 性特征，其中一種或多種導(dǎo)熱性材料置于區(qū)域內(nèi)，在所述區(qū)域內(nèi)需要改進(jìn)的從熱套筒的熱 傳遞，例如噴嘴體204的頂部附近和噴嘴尖220中。
[0070] 在步驟612中，可以選擇可實(shí)現(xiàn)所需強(qiáng)度特征和所需導(dǎo)熱率特征的材料。材料選 擇可以基于多種因素，包括成本、硬度、用于增材制造法的適用性以及熱傳遞能力。
[0071] 在步驟616中，根據(jù)步驟604中確定的所需強(qiáng)度特征和步驟616中確定的所需導(dǎo) 熱率特征和導(dǎo)熱率特征將注模噴嘴制造為由步驟612中確定的多種材料構(gòu)成的整體融合 的整體結(jié)構(gòu)。
[0072] 示例性實(shí)施方案已在上文中公開(kāi)并且在附圖中說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可 對(duì)本文具體公開(kāi)的那些實(shí)施方案做出各種變化、刪減和添加。
【權(quán)利要求】
1. 一種注模噴嘴組件，其包括： 第一噴嘴部件； 具有第一特征的第一材料，其中所述第一材料形成所述第一噴嘴部件的第一部分；以 及 具有第二特征的第二材料，其中所述第二材料形成所述第一噴嘴部件的第二部分， 其中所述第一材料和所述第二材料整體融合在一起以便形成整體結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注模噴嘴組件，其中所述第一部件為噴嘴尖并且其中第一材 料形成所述噴嘴尖的第一部分并且所述第二材料形成所述噴嘴尖的第二部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的注模噴嘴組件，其中所述噴嘴尖從所述噴嘴尖的內(nèi)表面向所 述噴嘴尖的外表面熱分級(jí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的注模噴嘴組件，其中所述噴嘴尖具有內(nèi)部分和外部分，所述 外部分圍繞所述內(nèi)部分，并且其中所述外部分具有比所述內(nèi)部分大的熱導(dǎo)率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注模噴嘴組件，其進(jìn)一步包括第二部件，所述第二部件為噴 嘴外殼、噴嘴體、噴嘴尖、密封構(gòu)件以及尖端隔熱體中的一種，其中所述第二部件和所述第 一部件整體融合在一起以便形成整體結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的注模噴嘴組件，其中所述第一部件為部分限定熔體通道的噴 嘴體，并且其中所述第一材料為設(shè)置于所述熔體通道外圍的耐磨材料，并且其中所述第二 材料為從所述第一材料徑向向外設(shè)置的導(dǎo)熱性材料，所述第二材料比所述第一材料的導(dǎo)熱 性高。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的注模噴嘴組件，其進(jìn)一步包括作為噴嘴尖的第二部件，其中 所述噴嘴體和所述噴嘴尖整體融合在一起以形成整體結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的注模噴嘴組件，其進(jìn)一步包括作為密封構(gòu)件的第三部件，其 中所述噴嘴體、所述噴嘴尖以及所述密封構(gòu)件整體融合在一起以形成整體結(jié)構(gòu)。
9. 一種注模噴嘴，其包括： 噴嘴體；以及 噴嘴尖和密封構(gòu)件中的至少一種，其中所述噴嘴體以及噴嘴尖和密封構(gòu)件中的所述至 少一種整體融合以形成整體結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的注模噴嘴，其中所述噴嘴體、噴嘴尖和所述密封構(gòu)件中的至 少一種是使用具有第一特征的第一材料和具有第二特征的第二材料制造。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的注模噴嘴，其中所述第一材料為比所述第二材料強(qiáng)的高強(qiáng) 度材料。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的注模噴嘴，其中所述第二材料為比所述第一材料的導(dǎo)熱性 高的導(dǎo)熱性材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的注模噴嘴，其進(jìn)一步包括第三材料，所述第三材料具有第 三特征，其中所述第一材料、所述第二材料和所述第三材料整體融合在一起以便形成所述 噴嘴體、噴嘴尖和所述密封構(gòu)件中的至少一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的注模噴嘴組件，其中所述第三材料選自下組：低成本材料、 耐磨材料以及疲勞強(qiáng)度材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的注模噴嘴組件，其中所述第三材料為耐磨材料并且設(shè)置于 所述噴嘴尖的遠(yuǎn)端附近。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的注模噴嘴組件，其進(jìn)一步包括熔體流動(dòng)通道裝置，所述熔體 流動(dòng)通道裝置整體形成在至少所述噴嘴體內(nèi)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的注模噴嘴組件，其中所述熔體流動(dòng)通道裝置為混合器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的注模噴嘴組件，其中所述噴嘴尖、所述噴嘴體和所述密封整 體融合在一起以形成整體結(jié)構(gòu)。
19. 一種注模噴嘴組件，其包括： 多個(gè)噴嘴部件； 其中所述多個(gè)噴嘴部件中的至少兩個(gè)由不同材料制成，并且其中所述至少兩個(gè)噴嘴部 件整體融合以便形成整體結(jié)構(gòu)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的注模噴嘴組件，其中所述多個(gè)噴嘴部件中的兩個(gè)為共同限 定熔體入口、熔體出口以及從所述熔體入口延伸至所述熔體出口的熔體通道的噴嘴體和噴 嘴尖，其中所述噴嘴體或所述噴嘴尖由高強(qiáng)度材料、導(dǎo)熱性材料以及耐疲勞材料中的至少 兩種構(gòu)成。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的注模噴嘴組件，其中所述噴嘴體至少由高強(qiáng)度材料和導(dǎo)熱 性材料構(gòu)成。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的注模噴嘴組件，其中所述導(dǎo)熱性材料比所述高強(qiáng)度材料的 耐用性低。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的注模噴嘴組件，其中導(dǎo)熱性材料設(shè)置于所述噴嘴尖內(nèi)以便 維持排出所述熔體出口的熔體的溫度。
24. -種制造注模噴嘴的方法，其包括： 確定所述注模噴嘴的所需強(qiáng)度特征； 確定所述注模噴嘴的所需導(dǎo)熱率特征； 選擇多種材料來(lái)達(dá)成所述所需強(qiáng)度特征和所述所需導(dǎo)熱率特征；以及 根據(jù)所述所需強(qiáng)度特征和所述所需導(dǎo)熱率特征將所述注模噴嘴形成為由所述多種材 料構(gòu)成的整體融合的整體結(jié)構(gòu)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述多種材料包括高強(qiáng)度材料、導(dǎo)熱性材料以 及隔熱材料中的至少兩種。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述注模噴嘴包括熔體通道并且其中所述注模 噴嘴至少由高強(qiáng)度材料和導(dǎo)熱性材料構(gòu)成，其中所述高強(qiáng)度材料位于所述熔體通道附近。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中導(dǎo)熱性材料設(shè)置于所述高強(qiáng)度材料附近并且設(shè) 置于所述注模噴嘴的熔體出口處。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述注模噴嘴包括密封構(gòu)件并且所述隔熱材料 形成所述密封構(gòu)件的至少一部分。
【文檔編號(hào)】B29C45/20GK104245270SQ201380018645
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月15日
【發(fā)明者】帕特里斯·法比安·德里蓋拉得, 薩米·塞繆爾·亞森 申請(qǐng)人:赫斯基注塑系統(tǒng)有限公司